Моделирование зрения. Часть третья. Геометрия зрения

^{1 Экскурсия в глаз — 2 Восприятие — 3 Геометрия зрения — 4 Eye tracking — 5 Как поймать взгляд — 6 Моделирование eye tracking}

Эта часть важна для понимания принципов моделирования eye tracking, а за одним применяются знания о работе сетчатки из второго поста.

Острота зрения

Известны 5 типов остроты зрения:

• Острота обнаружения – обнаружение объекта в поле зрения, к примеру – точки на белом фоне
• Острота локализации – способность определить, являются ли две линии, концы которых соприкасаются, продолжением друг друга или одна из них смещена относительно другой
• Острота разрешающей способности глаза – способность воспринимать границу между дискретными, несвязанными друг с другом узорами (к примеру, как чётко виден паттерн заливки и как он ориентирован)
• Острота распознавания – знакомая каждому, кто посещал окулиста и подбирал себе очки с помощью таблицы Головина-Сивцева с распознаванием букв
• Острота динамизма – способность различить движение

Для темы моделирования наиболее интересны первые три вида остроты.

Общий для всех видов остроты параметр – это угол зрения, определяющий величину проекции стимула на сетчатку. Угол зрения определяется с помощью элементарной тригонометрии, как



где  – искомый угол, S – линейный размер объекта, а D – расстояние от объекта до сетчатки.

Формула применима исключительно для угла зрения не превышающего 10 градусов и вот почему: наибольшей остроте зрения соответствует область, воспринимаемая центральной ямкой сетчатки. При удалении от центральной ямки концентрация колбочек на квадратный миллиметр понижается (зато увеличивается количество палочек, поэтому ночное периферическое зрение более острое, чем направленное), размеры рецептивных полей растут и от этого острота зрения, в том числе и острота восприятия цвета резко уменьшается:


^{Диаметр центральной ямки – 1 градус, диаметр рецептора центральной ямки – 0,25 градуса, расположение внутреннего края слепого пятна – 12 градусов к носу, величина его 7,5 по вертикали и 5 по горизонтали.}

Так вот, в пределах этих 10 градусов максимальной остроты зрения если пользоваться углом зрения для определения остроты, то оптимальные значения для всех типов остроты примерно равны и составляют

• 0,5 секунды  для остроты обнаружения
• 2 секунды для точной настройки (определения количественного параметра)

Стоит отметить, что хотя периферическое зрение уступает фовеальному, но края нечётких стимулов воспринимаемых периферическим зрением кажутся более чёткими, чем они есть на самом деле.

Рисунок для доказательства быстрого уменьшения остроты зрения при увеличении расстояния между стимулируемым участком сетчатки и центральной ямкой. Элементы рисунка расположены таким образом, что при фиксации взгляда на центральной точке все буквы будут отчётливо видны. Это происходит потому что  как бы ни увеличивалось расстояние, проекция каждой буквы на сетчатку уменьшается, но при этом количество рецепторов, обрабатывающих букву остаётся примерно одинаковым:



Кроме фактора углового удаления от оптической оси на остроту зрения существенное влияние так же оказывает длительность фиксации: чем дольше рассматривается стимул тем более отчётливо он виден.

Саккады

Возникает резонный вопрос: почему же при столь малом оптическом угле зрения мы воспринимаем мир не как при взгляде сквозь свёрнутую газету, а гораздо шире? Ответом на этот вопрос являются саккады.

Саккады. (от французского saccader — дёргать) – это отрывистые движения глаз, быстро переводящего взгляд с одного объекта на другой.

Бывают небольшие саккады (менее 3 градусов поля зрения) и большие (20 градусов и более). Саккады – являются движеними баллистического типа: они имеют конкретную цель и направление, мало того, при перемещении объекта-цели саккада не прервётся и не будет следовать за объектом, а закончится на том месте, где объект был ранее (эффект «двигался так быстро, что не успевал следить за ним»).

Саккады совершаются очень быстро, как  правило кол-во саккад от 1 до 3х в секунду, но совершаются они так быстро, что занимают не более 10% общего времени.

Собственно, технология eye tracking к моделированию которой я вас веду — это технология отслеживания саккад по изображению зрачков, снимаемой инфракрасной камерой.

Помимо самих саккад встречаются ещё и микросаккады, совершаемые при попытке удержать взгляд на одном месте. Микросаккады представляют из себя рефлекторные движения глаз на доли углового градуса для того, чтобы обновить изображение на сетчатке.

Дело в том, сетчатка работает так, что может улавливать исключительно изменения в картине – т.е. сетчатка изначально была придумана только для восприятия движения.

К примеру, если надеть контактную линзу и нанести на неё точку, то первое время после того, как линза будет надета точка окажется в поле зрения и будет видна. Спустя же несколько секунд точка перестанет восприниматься сетчаткой и исчезнет из поля зрения. Именно поэтому природе пришлось сделать патч в виде микросаккад, чтобы мы смогли воспринимать статические картины.

Так как микросаккады являются техническим механизмом исключительно для восприятия статических сцен, то больше о них ничего рассказывать не буду ибо выходит за рамки темы поста.

^{1 Экскурсия в глаз — 2 Восприятие — 3 Геометрия зрения — 4 Eye tracking — 5 Как поймать взгляд — 6 Моделирование eye tracking}